Applicazioni biotecnologiche degli organismi fotosintetici: BIOREMEDIATION: abbattimento inquinanti (degradazione, assorbimento) PHYTOREMEDIATION: bioremediation mediante piante (es. fitoestrazione) BIOPRODUZIONE di sostanze d’interesse farmacologico (es. le sostanze colorate coinvolte nella fotosintesi sono spesso antiossidanti come il b-carotene) o industriale (poli-idrossialcanoati) BIOPRODUZIONE di combustibili (H2, etanolo, biodiesel) BIOMONITORAGGIO: biosensing di inquinanti (es. sensori algali) SCAMBIATORI DI GAS: polmone artificiale, O2 per navicelle spaziali) CELLE SOLARI bio-inspired (DSSC) TERRAFORMING

Fotosintesi artificiale: Approccio biomimetico Elementi strutturali e caratteristiche reattive della fotosintesi naturale sono utilizzati in sistemi concettualmente più semplici per ottenere le stesse funzioni che i sistemi supramolecolari biologici sono in grado di assolvere.

 composti ridotti del carbonio Elementi chiave della fotosintesi naturale: Ingresso di energia nel sistema per assorbimento di fotoni: Gibbs energy Trasferimenti spontanei di elettroni, reazioni redox spontanee: Gibbs energy E’ possibile fermarsi a step intermedi  produzione di H2 Prodotto finale  composti ridotti del carbonio a partire da CO2

Dye-sensitized solar cells S+ + I-  S + ½ I2 (dye regeneration) ½ I2 + e- (cb)  I- + (regeneration of mediator) Resa massima raggiunta: 11.5% (lab size) 8% (moduli di grandi dimensioni)

DSSC: dye sensitized solid-state solar cells si cerca di evitare l’uso di un elettrolita in soluzione (la conduzione è tutta di prima specie) mediante conduttori di buche inorganici o organici, depositati per spin-coating sul dye (rese raggiunte 6%). Semiconduttore nanocristallino rivestito di un monolayer di dye  elevata superficie specifica per massimizzare l’assorbimento di fotoni e il trasferimento elettronico (il monolayer si deposita per semplice immersione dello strato di semiconduttore in una soluzione di dye, grazie alla presenza di funzionalità carbossiliche) auxocromi

Complessi dei metalli di transizione Metallo porfirine Ftalocianine Caratteristiche del dye ideale: Alti coefficienti di estinzione nella regione visibile Idoneo potenziale redox sia della forma eccitata che di quella neutra Presenza di gruppi funzionali che consentano l’ancoraggio al semiconduttore Basse velocità di ricombinazione di carica Complessi dei metalli di transizione Metallo porfirine Ftalocianine Clorofille Alti (circa 80% alla lambda di Soret) valori di IPCE (incident-photon-to current-conversion efficiency) Resa globale: 2.6% a causa dell’aggregazione e della presenza di zone spettrali con epsilon bassi

Artificial reaction centres